論文の概要: A Lightweight and Post-Quantum Secure Framework for IEC 61869-9 Sampled Value Communication
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.22123v1
- Date: Sat, 22 Aug 2026 22:35:04 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-25 13:29:43.616187
- Title: A Lightweight and Post-Quantum Secure Framework for IEC 61869-9 Sampled Value Communication
- Title(参考訳): IEC 61869-9サンプル値通信のための軽量・ポスト量子セキュアフレームワーク
- Abstract要約: 本稿では,運用SVトラフィックに対する軽量なフレーム単位認証とポスト量子化可能なキー設定プロトコルを組み合わせた,実験的に検証されたセキュリティフレームワークを提案する。
最適化されたChaskey-12は、SVパケット上のHMACよりも90%低いレイテンシを実現する。
提案するセキュリティフレームワークは,IEC 61869-9 SVトラフィックを資源制約のディジタルサブステーションデバイス上で保護するための,実用的でスケーラブルな候補である。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Securing IEC 61869-9 Sampled Values (SV) is challenging because process-bus communication must satisfy stringent real-time constraints while supporting standardized high-rate publication profiles. This paper presents an experimentally validated security framework that combines lightweight per-frame authentication for operational SV traffic with post-quantum-capable key establishment protocol. For message integrity, the proposed method applies field-selective authentication employing optimized Chaskey-12 to reduce per-packet computational overhead. For trust establishment, the paper introduces an ML-KEM-based pairwise authentication and key-establishment procedure. The pairwise protocol is analyzed in the Quantum Random Oracle Model and is also verified with AVISPA tool under the Dolev-Yao adversarial model. A C-based publisher/subscriber prototype is implemented on a two-node process-bus testbed. Performance is evaluated across the eight IEC 61869-9 SV packet profiles using HMAC-256, AES-GMAC-128, Blake-2s, Chaskey-12, and a compiler-optimized Chaskey-12 implementations. These results indicate that optimized Chaskey-12 achieves ~90% lower latency than HMAC on SV packets. The proposed security framework is a practical and scalable candidate for protecting IEC 61869-9 SV traffic on resource-constrained digital-substation devices.
- Abstract(参考訳): IEC 61869-9 サンプル値(SV)の確保は、プロセスバス通信は、標準化されたハイレートパブリッシュプロファイルをサポートしながら、厳密なリアルタイム制約を満たす必要があるため困難である。
本稿では,運用SVトラフィックに対する軽量なフレーム単位認証とポスト量子化可能なキー設定プロトコルを組み合わせた,実験的に検証されたセキュリティフレームワークを提案する。
メッセージ整合性のために,最適化されたChaskey-12を用いたフィールド選択型認証を適用し,パケットごとの計算オーバーヘッドを削減する。
信頼確立のために,ML-KEMに基づくペアワイド認証とキー確立手順を提案する。
ペアワイズプロトコルは、Quantum Random Oracle Modelで分析され、Dolev-Yao 対逆モデルの下でAVISPAツールで検証される。
Cベースのパブリッシャ/サブスクライバのプロトタイプは、2ノードプロセスバステストベッド上に実装されている。
HMAC-256, AES-GMAC-128, Blake-2s, Chaskey-12, コンパイラ最適化Chaskey-12実装を用いて, 8つのIEC 61869-9 SVパケットプロファイルのパフォーマンスを評価する。
これらの結果から,最適化されたChaskey-12は,SVパケット上でのHMACよりも約90%低レイテンシを実現することがわかった。
提案するセキュリティフレームワークは,IEC 61869-9 SVトラフィックを資源制約のディジタルサブステーションデバイス上で保護するための,実用的でスケーラブルな候補である。
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